Внутренняя структура атома...
Не позавидуешь физикам-материаловедам, ведь всё в их работе упирается в атом.
Феноменологическое видение атома, то есть понимание на уровне сведений о проявлениях “черного ящика” без осознания связи между этими проявлениями и внутренней структурой, исчерпывает себя, поскольку огромное количество физических процессов в веществе остается непонятным.Структура частиц настолько тонка, что правила их поведения становятся очень разнообразными, - кажется, будто кто-то отдает им приказы. Элементарные частицы имеют настолько сложную структуру, что было бы весьма тяжело определить, чья структура сложнее - протона или молекулы ДНК. Готово ли человечество к мысли, что эти
“примитивные” и “неделимые” атомы имеют более сложную структуру, чем структура наисложнейшего человеческого устройства или даже ДНК? Всё разнообразие материальных форм заложено (в значительной мере) в трёх элементарных компонентах, что означает тонкость/сложность их структуры. Элементарные частицы - эти микрообъекты, - похоже, сами являются макрообъектами, относительно своих составляющих. Тем не менее, не следует представлять себе это простым масштабированием, - будто атомы по своей структуре являются обычной совокупностью “атомарных атомов”, связанных обычным способом, или что-то подобное.
Три упомянутых элементарных частицы оказываются отнюдь не наиболее элементарными. “Просвечивание” протонов и нейтронов сверхбыстрыми электронами (>1 ГэВ) даёт информацию об их внутренней структуре. Результатам недавних экспериментов обнаруживают, что
протоны сам сами состоят из частиц - кварков, а держатся вместе кварки путем постоянного обмена ещё меньшими частицами - глюонами.
Кварки имеют вид пространственных точек с размером, не поддающимся измерению (<10<sup>-16</sup> см).
Электроны тоже ведут себя как пространственные точки с неизмеримо малым размером. То, что мы называем протоном или нейтроном, является на самом деле пространственным рисунком, “вытанцовываемым” тремя кварками. При этом диаметр протона составляет ~10<sup>-12</sup> см, а диаметр кварка неизмеримо мал (меньше 10<sup>-16</sup> см). Таким образом, протон - это громадина из... трёх малюсеньких кварков. Аналогичная ситуация и с электроном: электрон классического диаметра (5,6•10<sup>-13</sup> см) является “фикцией”, пространственным рисунком собственно электрона - частицы с неизмеримо малым фактическим диаметром.
Можно ли провести аналогию между элементарной частицей и 10-ти метровой махиной, начинённой электроникой и сложной механикой?
Если наиболее элементарными оказываются уже не протоны, а кварки, тогда, значит, всё потенциальное разнообразие природы заложено в структуре кварков. А эти последние такие маленькие, что “не имеют” размеров - насколько велика тогда “удельная сложность” материи, насколько высока плотность упаковки алгоритмической информации!
Гипотеза о том, что у субатомарных объектов очень тонкая структура, позволяет ухватиться за понимание такой трудно доступной воображению
особенности элементарных частиц, как
вероятностный характер почти всех их параметров. В самом деле, в макромире существует немало объектов, которые внешне проявляют себя единицами, но внутренне являются ансамблем вероятностных (неупорядоченных) элементов. Например, газовый пузырёк в жидкости: снаружи он является одним целым со вполне определёнными характеристиками, но внутренне отдельные его элементы (газовые молекулы) хаотичны/вероятностны. Отдельные элементы хаотичны, а их совокупность нехаотична - новый уровень организации. Итак, случайность параметров субатомарных частиц может объясняться аналогично: элементарная частица, в обычном до сих пор понимании, не является на самом деле элементарной, а представляет собой подчинённое определённым правилам “хаотическое движение” своих составляющих. Потому-то и параметры у неё (частицы) несколько хаотичные.
Какими являются характерные “геометрические размеры” атомарных атомов? Согласно теории размерностей, из набора фундаментальных констант, характеризующих нашу Вселенную (прежде всего, это постоянная скорости света в вакууме с, гравитационная постоянная G и постоянная Планка h) можно путем комбинирования этих констант получить определённые числа, которые, судя по их размерности, будут отвечать характерной длине, массе, частоте колебаний и другим параметрам (температура, заряд и т.п.) “чего-то”: ~10<sup>-33</sup> см, ~10<sup>-5</sup> г, ~10<sup>43</sup> Гц,... Эти цифры известны в энциклопедиях под названием планковской длины, планковской массы и частоты. Эволюционные космологи говорят, что это характеристики Вселенной в первый миг (10<sup>-43</sup> с) после взрыва. Но более вероятной видится гипотеза, что эти цифры характеризуют наименьший элемент Вселенной (“фундаментальный квант”).
Эти несколько метафизические данные служат для составления очень поверхностного представления об атомах атомов. Если размер наименьшего элемента Вселенной составляет ~10<sup>-33</sup> см, тогда “под” атомом может размещаться ещё два “этажа”. Подтверждением этому служит вышеупомянутое свидетельство тонкой структуры кварков (“Если наиболее элементарными оказываются уже не протоны, а кварки, тогда, значит, всё потенциальное разнообразие природы заложено в структуре кварков”). Атомы состоят из электронов и кварков - это второй перед низшим этаж мироздания. А “кварки кварков” - наверное, низший этаж.
...
Волновая природа: всё вокруг - поле?В начале 20го века Эйнштейн гениально предположил, что световая волна имеет импульс (а значит, и массу) и может вести себя как частица. Вскоре после экспериментального подтверждения этой гипотезы, Луи де Бройль (1923 г.) выдвигает гениальное противоположное предположение, что частица под названием электрон может вести себя как волна. Было доказано, что не только электрон, но и все элементы материи субатомарного уровня являются волнами (корпускулярно-волновой дуализм). Волновую природу имеют все тела/частицы, но она выражается тем более сильнее, чем меньше импульс (произведение массы на скорость).
Если все тела состоят из элементарных частиц, а те являются ВОЛНАМИ, тогда ЧЕМ ЯВЛЯЮТСЯ ТЕЛА?Ещё
из эксперимента Резерфорда в 1911 году известно о “пустоте” атома. Оказывается, объём атомного ядра занимает всего 10<sup>-14</sup> полного объёма атома (радиус ядра почти в 100 тыс. раз меньше расстояния от ядра к ближайшему электрону). Все тела (кроме как в состоянии плазмы) состоят из атомов. Если
атом “пуст”, тогда
“твердость” и “непроницаемость” видимой материи иллюзорны. В коротковолновом свете макротела прозрачны. Для описания макротел больше подходят определения неплотное, пустое и дырявое. Между электроном и ядром - пустота, а точнее, - электромагнитное поле.
До сих пор наука не может сказать о поле больше, чем “Поле - это то, что проявляет себя так-то и так” или “Поле - это сфера влияния”.
Поле остается наиболее актуальной проблемой физики: всё базируется на нём, а что оно такое - не известно. “От поля и выше” нам известно немало; ниже - нам почти ничего не известно. Построение единой теории поля, которая показывало бы и объясняла связь между разновидностями полей, остаётся сверхсложной задачей по недостатку даже предположений о глубинной сущности поля.
Корпускулярное является надстройкой, оно является всего лишь одной из возможных форм организации полевого. Корпускулярное является “полевым эффектом”. Это “надматерия”, в отличие от “подматерии”. Поэтому, “полёвость” - более глубинное свойство материи, нежели “частичковость” (корпускулярность).
Корпускулярную природу мы, кажется, более или менее представляем себе; - а вот как представить себе полевую природу? Законы микромира, кажется, полностью противоречат законам макромира, законам традиционной и легко понятной ньютоновской физики. Всё является полем. Корпускулярное является всего лишь способом организации (формой/проявлением) полевого. Но как раз полевое и является тем, что наиболее плохо поддаётся пониманию. Всё уперлось в поле.
Разве не удивительно устроен мир? Задумываясь над строением и физическими процессами в материи, иногда больше верится, что это виртуальная реальность, сказка, а не “реальная” реальность. Поль Дирак, пионер волновой механики, занимаясь изучением законов микромира, говорил, что мы имеем дело с субстратом (“подматериалом”), о котором мы не можем составить адекватную умственную картину.
Представить себе микромир в обычных образах, без внесения ошибочных стереотипов, невозможно. В устройстве материи субатомарного уровня - от форм до законов - есть что-то недосягаемое воображению. Чем ближе/глубже мы смотрим на материю, тем более она оказывается “полевым субстратом”, полем.
© Богдан Рудый: «Кризис эволюционизма» (Богдан Рудий: «Криза еволюціонізму». Видавництво “Четверта хвиля”, Київ, 2003). ISBN 966-529-034-7
